Élaboration des feux de Grafcet

Faculté Polydisciplinaire de Taza

Projet de Fin d'Etudes : Élaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET Préparé par : El AMRAOUI Kamal HAOUARI Hicham

Encadré par : Dr Med OURIAGLI

http://www.pfegrafcet.bravehost.com : Sciences de la Matière Physique Filière Semestre : S6 : Électromécanique Option

Année Universitaire 2006-2007

Informations Légales : - Microsoft Windows ® est une marque déposée de Microsoft Corporation - SolidWorks est une marque déposée de SolidWorks Corporation - AUTOMGEN est une marque déposée par la société IRAI - Les versions d'AUTOMGEN et SolidWorks utilisées dans ce travail sont des versions d'évaluation..

Remerciements: Au   terme   de   ce   Projet   de   Fin   d'Etudes,   on  aimerait   remercier   tout   particulièrement   Dr  Mohammed   OURIAGLI   pour   son   aide  considérable durant toute la préparation de ce  PFE,   ainsi   que   Dr   Hassan   Minor   pour   nous  avoir bien enseigné le logiciel SolidWorks qui  nous a énormément aidé à réaliser ce PFE, et  enfin tout ceux qui ont contribué de près ou de  loin à la réalisation de ce modeste travail.

Dédicace On dédie ce travail à nos  parents, à ceux qu i nous  ont aidé pour atteindre  notre niveau cognitif  actuel, et f inalement à tous  ceux qu i nous aiment.

«...les tâches itératives constituent un énorme fardeau pour la race humaine, l'automatique est venue pour le soulever... »

SOMMAIRE Préface.......................................................................................................11 1 - Présentation du logiciel AUTOMGEN...............................................13 1.1 - A propos d'AUTOMGEN.............................................................................13 1.2 - Vue générale...................................................................................................13 1.3 - L'explorateur de projets...............................................................................14 1.4 - Le conteneur de GRAFCETS.......................................................................14 1.5 - Fenêtre de messages......................................................................................14

2 - Première application en AUTOMGEN : le compteur modulo 8....14 3 - Élaboration d'un carrefour simple.....................................................21 3.1 - Présentation...................................................................................................21 3.2 - Conception des éléments graphiques...........................................................21 3.3 - Création des grafcets.....................................................................................25 3.3.1 - Mise en situation..................................................................................................... ..........25 3.3.2 - Création du folio qui se chargera de la trajectoire des voitures.................................26 3.3.3 - Création du folio qui se chargera des feux....................................................................27 3.3.4 - Création du folio qui se chargera de l'initialisation des voitures................................28

3.4 - Liaison des éléments graphiques aux grafcets............................................29

Conclusion.................................................................................................31 Bibliographie.............................................................................................33

Préface: La logique programmée est aujourd'hui de plus en plus utilisée en industrie, vu son aisance d'utilisation, et sa facilité de réutilisation pour d'autres problèmes. Et ceci, au détriment de la logique câblée. On aurait aimé réaliser un automatisme concret en utilisant la logique programmée, mais faute de moyens, on va juste utiliser un logiciel éducatif, qu'est AUTOMGEN, pour écrire et simuler un programme pouvant s'exécuter sur un automate. Et pour être dans le cadre de la comparaison, on a choisi l'exemple du carrefour qui a été fait par les étudiants de l'année dernière en utilisant la méthode d'Huffman et la logique câblée, et qui a été simulé à l'aide de DigSim. On va faire donc le même exemple, mais cette fois-ci, en utilisant une logique programmée, le GRAFCET, et le logiciel AUTOMGEN. On espère que vous allez apprécier ce travail en feuilletant ces pages.

Bonne Lecture

Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

1 - Présentation du logiciel AUTOMGEN 1.1 - A propos d'AUTOMGEN AUTOMGEN est un logiciel propriétaire édité par la société française IRAI; il peut être utilisé dans un but éducatif, mais aussi dans l'industrie, puisqu'il génère du code binaire adapté à plusieurs automates commerciaux connus, comme le TSX de Shneider. Il est dans sa version 8 à l'heure où ce rapport est écrit. La version utilisée ici est une version d'évaluation valide pour 40 jours. Le prix de la version complète « enseignement » varie entre 250 € et 700 € , et ceci en fonction des entrées/sorties, et des modules inclus dans le paquetage. Plus d'informations sur ce logiciel sont disponibles sur le site web http://www.irai.com .

1.2 - Vue générale AUTOMGEN peut travailler avec plusieurs outils de représentation graphiques, comme les logigrammes, ladder...etc, et bien sûr le GRAFCET, outil avec lequel on va travailler pour réaliser l'exemple du carrefour. La fenêtre principale d'AUTOMGEN se présente comme suit :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET On ne vas pas donner ici une description exhaustive du logiciel, car la référence environnement fournie avec en parle largement. Néanmoins on va présenter quelques choses fondamentales qui permettront d'avoir une vue globale rapide sur le logiciel.

1.3 - L'explorateur de projets L'explorateur de projets permet manipuler un projet ouvert. Ses sous-menus sont les suivants : ●

Folios : permet de créer, supprimer ou modifier un ou plusieurs Folios. Un folios est un conteneur qui peut comprendre un ou plusieurs GRAFCET. Cette notion de folio a été introduite dans ce logiciel pour faciliter la gestion et la maintenance d'un projet. Les folios peuvent être assimilés aux fichiers dll, dans laterminologie de la programmation Windows.

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Symboles : ce sous-menu permet de créer, importer ou exporter un table de symboles. Une table de symbole est un tableau qui contient toutes les variables utilisés dans un projet. Il n'est pas obligatoire de déclarer un table de symbole, mais il est préférable de le faire, car sans elle, la maintenance du projet deviendra chaotique.

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Configuration : ceci permet de configurer les options du compilateur, ainsi que le code généré pour chaque type d'automate.

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Documentation : permet d’accéder à la fonction d’impression de dossier (double clic sur l’élément «Impression»). Il permet d'imprimer un dossier complet composé d’une page de garde, de la table de références croisées, de la liste des symboles et des folios. La fonction d’aperçu avant impression permet de visualiser l’ensemble de ces éléments. Fichiers générés : permet de voir le code généré par le compilateur. Mise au point : regroupe des outils permettant la visualisation et la modification de l’état des variables. Iris : permet de créer des objets 2D ou 3D de supervision et de simulation. Ressources : contient les éléments graphiques 2D ou 3D utilisés par Iris. Modules externes : Ces éléments sont réservés à des modules exécutables développés par des tiers et interfacés avec AUTOMGEN.

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1.4 - Le conteneur de GRAFCETS Il est à droite de l'explorateur de projets. Cette partie là de l'interface peut contenir un plusieurs Folios (porte-GRAFCET).

1.5 - Fenêtre de messages Cette fenêtre contient les messages générés par le compilateur, ainsi que des informations essentielles, et du monitoring des variables.

2 - Première application en AUTOMGEN : le compteur synchrone modulo 8 On clique sur le menu Fichier>Nouveau :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

Puis dans l'explorateur de projets, on clique avec le bouton droit sur Folios>Ajouter un nouveau folio :

On saisit le nom du Folio qui contiendra notre GRAFCET :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

puis on clique sur OK. Maintenant, on va tracer le grafcet du compteur fait au mini-projet :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET Ensuite, on va à l'explorateur de projets, on clique avec le bouton droit sur Iris>Ajouter un objet IRIS 2D :

On sélectionne ensuite Pupitre bois 800x600 :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET Puis on clique avec le bouton droit sur Pupitre>Ajouter un objet sur le pupitre :

Puis on sélectionne Valeur digitale :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET On refait la dernière opération encore deux fois, ainsi aura trois valeurs digitales sur le pupitre :

On règle chaque valeur digitale de telle façon qu'elle affiche un bit du nombre binaire du compteur, pour cela, on clique avec le bouton droit sur Valeur digitale>Propriétés:

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET Puis on clique sur l'onglet Liens, où on saisira la variable en question :

on valide avec ok, et on fait la même chose pour les deux autres valeurs digitales. Maintenant, il ne nous reste qu'à lancer la simulation avec le menu Programme>Go, ou en enfonçant simplement F12. La simulation étant trop rapide par défaut, on peut régler la fréquence de simulation via l'explorateur de projet, en cliquant Configuration>Post-processeurs>Exécuteur PC>Exécution :

ici on l'a réglée sur 1000ms (1s).

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

3 - Élaboration d'un carrefour simple 3.1 - Présentation Un carrefour simple est l'intersection de deux routes d'égales importances. Ainsi, on aura en principe 4 étapes qui seront étendues à six étapes avec l'ajout de deux étapes de clignotement des feux verts.

3.2 - Conception des éléments graphiques La conception des éléments graphiques sera faite par le logiciel SolidWorks, et on ouvre les parenthèses ici pour remercier Dr Hassan El Minor pour nous avoir bien enseigné ce logiciel très important dans notre cursus universitaire. La conception des voitures sera faite par l'extrusion du contour d'une face qui contient les portes :

Quand aux supports feux, il seront crées par deux rectangles extrudés puis l'un d'eux va être perforé dans 3 emplacements.

Les ampoules des feux seront crées séparément, il seront de la forme d'un cylindre pour pouvoir être insérés dans les supports feux.

Et enfin la piste sera divisée en deux : une partie extrudée, et une partie perforée : 21

Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

A noter que ces éléments doivent être enregistrés sous le format VRML (.wrl):

On a fini donc la phase de conception, maintenant on doit importer ça dans AUTOMGEN. Le module qui va se charger de faire la simulation est IRIS 3D; c'est un module tiers qui est fourni avec AUTOMGEN, il accepte directement les fichiers .x (fichiers DirectX de Microsoft), mais il peut également importer des fichiers .3ds de 3D Studio en les convertissant vers le format précité (format DirectX). Mais pour convertir des fichiers VRML, on aura besoin de l'utilitaire Crossroads 3D fourni avec AUTOMGEN; cet utilitaire permet de générer des fichiers DirectX directement utilisables par IRIS 3D :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

Pour insérer les fichiers DirectX dans AUTOMGEN, on va vers l'explorateur de projets, puis avec un clique droit sur Ressources, on sélectionne Ajouter :

Puis on sélectionne les fichiers DirectX qu'on a généré avec CrossRoads 3D. Maintenant, on doit ajouter un pupitre IRIS 3D :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

Un pupitre est ajouté et ouvert en même temps. On clique ensuite sur le menu Options>Ouvrir la fenêtre de configuration; une fenêtre de configuration s'ouvre, et on peut ajouter les éléments graphiques qu'on a créés aux pupitre grâce au menu déroulant en bas de la fenêtre :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET On sélectionne l'élément qu'on veut ajouter, et on clique sur Ajouter ( ou bien ou pourrait cliquer directement sur Ajouter tout). Après on positionne les éléments à l'aide des coordonnées spatiales. En fin, on obtient quelque chose comme suit :

On a fini donc de concevoir les éléments de simulation, maintenant on retourne au programme principal, afin de dessiner les grafcets qui vont gérer la simulation.

3.3 - Création des grafcets 3.3.1 - Mise en situation La situation qu'on a est la suivante : On a l'intersection de deux routes d'égales importances,et on doit signaliser ce carrefour de telle façon qu'il n'y aurait pas d'accidents. Prenons une voiture et analysons sa trajectoire : La voiture part du début de la route, vert le premier feu, là il doit y avoir un détecteur i1 pour signaler sa présence : Détecteur i3

Détecteur i2

Détecteur i1

Détecteur i0

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET puis la voiture continuera sa course jusqu'à la fin de la route, là il doit y avoir un détecteur i3 qui signalera la fin de course et déclenchera une rotation pour entrer l'autre moitié de la route. Ensuite la voiture doit être également détectée au niveau du feu de l'autre côté, donc on mettre là bas un détecteur i2. Puis la voiture ira jusqu'au début de la route où elle devra être détectée par un détecteur i0 afin qu'elle puisse être tournée. Et la boucle recommence.

3.3.2 - Création du folio qui se chargera de la trajectoire des voitures La schématisation en GRAFCET du processus précité pourra être faite comme suit :

Les variables utilisées dans ces grafcets sont expliquées dans la Table de Symboles suivante :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

3.3.3 - Création du folio qui se chargera des feux Pour ce qui est des feux, on aura quatre étapes, qui sont les suivantes : ●

Route 1: feu rouge , Route 2: feu vert

●

Route 1: feu rouge , Route 2: feu orange

●

Route 1: feu vert

●

Route 1: feu orange, Route 2: feu rouge

, Route 2: feu rouge

et la boucle recommence. Et pour perfectionner les choses, on va ajouter deux autres étapes correspondant aux clignotement des feux verts avant de passer au feu orange. On pourra schématiser ça comme suit :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

A noter que l'étape 0 a été créée pour attendre l'initialisation des voitures : c'est le folio suivant.

3.3.4 - Création du folio qui se chargera de l'initialisation des voitures La première question qu'on peut se poser est « pourquoi une initialisation? », et la réponse est la suivante : sans initialisation, les voitures risquent d'aller en marche arrière et avoir un comportement autre que prévu. L'initialisation consiste à faire revenir les voitures vert leurs positions initiales. Ceci se fait en deux étapes : faire tourner les voitures vers les positions minima de rotation, et puis les translater vers les positions minima de translation.

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET L'initialisation peut être schématisée de la façon suivante :

3.4 - Liaison des éléments graphiques aux grafcets Pour lier les véhicules et les feux à leurs grafcets correspondants, on ouvrira la fenêtre de configuration dans la fenêtre d'IRIS 3D. On clique sur l'élément en question avec le bouton droit, et on choisit le type d'action qu'on va insérer. Les types d'actions ou de comportements dont on aura besoin sont les suivants : translation, rotation, changement de couleur. La translation va faire marcher les voitures, la rotation va les faire tourner en fin de course, et le changement de couleur vous l'avez peut être deviné, va régir les feux. Les positions des détecteurs (ou capteurs) de translation et de rotation vont être ajoutées dans les fenêtres respectives de translation et de rotation :

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Elaboration des feux de carrefour à l'aide du GRAFCET

Maintenant, il ne nous reste que lancer la simulation avec F12 et voir les résultats.

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Conclusion : Si on regarde le PFE de l'année dernière et l'énorme travail qu'il a fallu faire pour aboutir au même résultat auquel on a abouti, on pourra comprendre l'intérêt du GRAFCET et de la logique programmée. La réalisation des feux de carrefour avec une logique câblée a nécessité beaucoup de câblage et beaucoup de travail, tandis que le travail avec le GRAFCET a été relativement plus aisé. En plus, le GRAFCET des feux est plus facile à modifier que le câblage utilisé en DigSim : C'est l'une des caractéristiques de la logique programmée, c'est à dire l'aisance de modification. Mais en revanche, la logique câblée présente un avantage indéniable par rapport à la logique programmée, qu'est la rapidité d'exécution, et que la logique programmée ne pourrait jamais concourir sur, vu le nombre de portes logiques en excès qui consomment elles, un temps considérable durant l'exécution. Le quatrième et dernier point de comparaison entre les deux types de logique, est le coût d'utilisation. Le paramètre qu'on va prendre en considération pour faire la comparaison est la complexité de l'automatisme en question. Le graphe ci-après montre l'évolution du coût pour les deux types de logique en fonction de la complexité de l'automatisme : Coût Logique câblée

Logique programmée

Complexité Etude du coût d’un automatisme en fonction de sa complexité et de la logique utilisée

Ainsi, pour récapituler ce qu'on vient de dire et conclure ce rapport, le choix d'un type de logique par

rapport à l'autre se fait selon les critères suivants : ●

Critère vitesse/facilité de modification : si on veut un automatisme qui va exécuter les ordres le plus vite possible à tout prix, alors le choix le plus approprié sera la logique câblée. Si par contre on veut un automatisme modulaire et réutilisable pour plusieurs types de tâches, alors la logique programmée est inévitable.

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Critère coût : si on a un automatisme à réaliser qui est très compliqué, alors c'est la logique programmée qui gagne. Si par contre si on a un système simple à faire, alors le choix d'une logique programmée sera très lourd, très coûteux et non judicieux du tout.

Bibliographie :

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Documentation AUTOMGEN